传感器原理与检测技术教学课件作者童敏明第14章节传感器信号采集与处理技术课件

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1、第二节数据采集装置的结构配置第三节多路模拟开关和采样/保持器第14章传感器信号采集与处理技术第一节传感器数据采集装置的功能第五节数据采集系统设计第六节数字滤波技术第四节数据采集装置的技术性能学习要求1、了解传感器数据采集装置的功能和结构2、了解多路模拟开关的作用和应用3、了解采样/保持器的作用和性能4、掌握数据采集装置的基本性能特点5、掌握数据采集系统设计的基本原则和一般步骤第一节传感器数据采集装置的功能数据采集装置：对多个被测参量进行自动连续检测、集中监视、数字显示和打印制表第二节数据采集装置的结构配置2.1多路扫描数据采

2、集结构多路输入信号共享一个测量放大器各路信号输入均配以各自的测量放大器2.2多路数据并行采集结构适用范围：高速的数据采集装置第三节多路模拟开关和采样/保持器3.1多路模拟开关多路模拟开关的主要技术指标:(1)导通电阻和关断电阻(2)通道数(3)最大输入电压(4)切换速度AD7501原理图ENA2A1A0选通路数10001100121010310114110051101611107111180×××无AD7501真值表AD7506原理图3.2采样/保持器采样保持电路是为了保证模拟信号高精度转换为数字信号的电路。采样保持器工作方

3、式示意图1．采样保持器工作原理目前，采样保持电路已有集成电路，保持电容为外接器件，这样可以方便用户根据需要进行选择。2．采样保持器集成电路AD582AD582集成电路是由高性能运算放大器、低泄漏电阻的模拟开关和一个高输入阻抗放大器组成。AD582管脚功能说明如下：（1）＋IN，－IN为模拟输入端；（2）＋LIN，－LIN为逻辑输入端;（3）两个RW端为调零端，可外接一电位器；（4）CH为外接保持电容端；（5）OUTPUT为信号输出端；（6）VCC，VSS为电源端，可分别接＋15V和－15V。AD582的主要特性是：（1）采样

4、时间较短，最短可达6s；（2）保持电容充电电流与保持电容在保持工作方式时的漏电流之比可达107，反映该保持器的性能好，信号采样精度高；（3）输入信号的幅度范围大，最高可达VCC－VSS，适合于12位A/D转换器的采样；（4）模拟信号和数字信号相互隔离，提高了抗干扰能力。第四节数据采集装置的技术性能4.1分辨率与精度数据采集装置常常要求高分辨率和高精度。在组成数据采集装置的各单元中，A/D转换器对数据采集的分辨率和精度起着重要的作用。A／D转换器的位数越高，数据采集的分辨率和精度也越高。4.2采样速度采样速度是数据采集装置重要

5、的技术指标之一，数据采集装置的速度主要是由功能元件的延时决定，其中A／D转换器转换时间起着最主要的作用。举例说明第五节数据采集系统设计5.1数据采集系统设计的基本原则数据采集系统硬件软件1.硬件设计的基本原则（1）经济合理（2）安全可靠（3）有足够的抗干扰能力2.软件设计的基本原则（1）结构合理（2）操作性能好（3）具有一定的保护措施（4）提高程序的执行速度可以采用下面的方法来提高程序的执行速度1）不要将通道选择指令包括在循环体内2）尽量采用高级语言与汇编语言混合编程（5）给出必要的程序说明5.2系统设计的一般步骤1.分析问

6、题和确定任务2.确定采样周期TS3.系统总体设计（1）进行硬件和软件的功能分配（2）系统A／D通道方案的确定（3）确定微型计算机的配置方案（4）操作面板的设计（5）系统抗干扰设计4.硬件和软件的设计5.系统联调第六节数字滤波技术数字滤波：通过一定的计算程序，对采集的数据进行某种处理，从而消除或减弱干扰噪声的影响，提高测量的可靠性和精度。数字滤波技术优点：（1）不需要增加硬件设备，节省硬件成本（2）可靠性好（3）使用灵活（4）功能强（5）不会丢失原始数据6.1算术平均值法N＝8算术平均值法程序流程图y:N次测量的平均值:第i次

7、的测量值N:测量次数6.2移动平均滤波（递推平均滤波）移动平均滤波程序框图:为第n次采样值经滤波后的输出:为未经滤波的第n-i次采样值N:为递推平均项数6.3加权平均滤波N项加权递推平均滤波算法为:式中，为常数，且满足如下条件：常数选取有多种方法，其中最常用的是加权系数法，设为对象的纯滞后时间，且：则，6.4中值法中值法程序流程图中值法：对某一被测参数点连续采样n次（一般n取奇数，通常取3次），然后把n次采样值按大小排列，以其中间值作为本次该点的测量值。优点：有效地克服偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰6.

8、5一阶惯性滤波法传递函数为：一阶数字滤波流程图6.6抑制脉冲算术平均法抑制脉冲算术平均法：是对测量点连续采样个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算-2个数据的算术平均值，值的选取3～14。此抑制脉冲算术平均滤波方法，与目前采用的裁判评分的处理方法类似。优点：对于偶然出现的脉冲性干扰，